17-4PH不锈钢表面TiO_2膜及其多层膜的结构与性能

利用非平衡磁控溅射技术在17-4PH不锈钢表面分别制备了TiO_2膜、TiO_2/Ti多层膜及TiO_2/Ti/TiN/Ti多层膜,采用XRD、表面轮廓仪、显微硬度仪、摩擦磨损试验机和水蒸气疲劳腐蚀试验设备研究了薄膜的物相、显微硬度、耐磨性和耐疲劳腐蚀性能。结果表明:具有表面薄膜17-4PH不锈钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能均有较大提高;与TiO_2膜和TiO_2/Ti/TiN/Ti多层膜相比,TiO_2/Ti多层膜耐磨性能最好,较基体的提高了20倍以上,同时其耐疲劳腐蚀性能也最好。     

多孔SnO_2-TiO_2复合膜的制备及其光催化性能

分别在磷酸盐电解液中以及由磷酸盐与锡酸盐组成的电解液中对纯钛进行微弧氧化,制备了纯TiO2膜和SnO2-TiO2复合膜,利用FESEM、XRD、EDS、XPS、UV-可见光分光光度计等表征了膜层的形貌、相组成及光催化性能。结果表明:纯TiO2膜由金红石型和锐钛矿型TiO2及纯钛相组成,且其表面的孔隙分布不均匀;多孔SnO2-TiO2复合膜表面的孔隙分布均匀,膜层由金红石和锐钛矿型TiO2、纯钛以及SnO2相组成,其光催化性能明显优于纯TiO2膜。     

氧化石墨烯/改性碳纳米管复合膜的制备及其分离水中Pb~(2+)的效果

以改进Hummers法制备的氧化石墨烯(GO)和氧化改性碳纳米管(CNT)为原料,按照不同质量比混合后,通过超声分散→离心→真空抽滤制备了氧化石墨烯/改性碳纳米管复合膜,分析了复合膜的结构、组成和形貌,并测试了该复合膜分离水中Pb~(2+)的效果。结果表明:该复合膜的结构呈片层状,改性CNT进入GO的层间使其层间距增大,且增加了膜层缺陷;当GO和改性CNT的质量比由1…2增至1…0时,复合膜的Pb~(2+)截留率由85%快速增至99%以上,水通量则由550×10~(-5) L·m~(-2)·h~(-1)·Pa~(-1)降至35×10~(-5) L·m~(-2)·h~(-1)·Pa~(-1);GO和改性CNT质量比为1…1时制备的复合膜性能较佳,Pb~(2+)截留率达到99%以上,水通量达到518×10~(-5) L·m~(-2)·h~(-1)·Pa~(-1)。     

可见光响应TiO_2/Bi_4Ti_3O_(12)复合粉的制备及表征

以熔盐法制备的微米级片状TiO_2/Bi_4Ti_3O_(12)为基体,采用Ti(SO4)2水解结合后续热处理的方法制备了TiO2/TiO_2/Bi_4Ti_3O_(12)复合粉,研究了原料配比对复合粉晶体结构、形貌以及光催化降解脱色效果的影响。结果表明:该复合粉的形貌为微米级片状TiO_2/Bi_4Ti_3O_(12)表面分布着纳米级的TiO_2颗粒;当原料中铋、钛物质的量比低于1∶6时,复合粉对亚甲基蓝具有良好的吸附脱色效果,钛含量过多时会导致水解产物的团聚,降低复合粉的比表面积,使其脱色效果变差;当铋、钛物质的量比为1∶4时,复合粉的比表面积为13.444 m~2·g~(-1),可见光光照4h以内,对亚甲基蓝的脱色率达到85%,其光催化降解脱色速率高于TiO_2/Bi_4Ti_3O_(12)的。     

钛合金人工心脏瓣膜瓣环表面TiN/Ti多层膜的制备与性能

为了提高钛合金人工心脏瓣膜瓣环TiO_2表面改性层的性能,利用非平衡磁控溅射技术在人工心脏瓣膜瓣环表面制备了具有不同调制周期(44,70,100 nm)的TiN/Ti多层膜过渡层;采用XRD、SEM、显微硬度计及摩擦磨损试验机研究了薄膜的物相组成、横截面形貌、硬度和耐磨性。结果表明:TiN/Ti多层膜由Ti和TiN相组成,当调制周期为100 nm时,TiN/Ti薄膜呈现明显的多层结构,具有高硬度和良好耐磨性;人工心脏瓣膜瓣环表面各个位置TiN/Ti多层膜的相结构及性能相同,可望应用于人工心脏瓣膜瓣环的TiO_2表面改性层的过渡层。     

聚乙二醇/聚乙烯醇复合润滑膜对铝合金微弧氧化陶瓷层的润滑作用

微弧氧化（MAO）技术可明显改善铝合金的力学性能和表面性能,然而微弧氧化后的陶瓷层显示出较高的粗糙度,导致铝合金在摩擦过程中磨损较大。为改善铝合金抗磨性能,通过热压聚乙烯醇（PVA）和聚乙二醇（PEG）聚合物在铝合金微弧氧化后的陶瓷层表面制备一种具有优异润滑性能的复合膜,在不同频率、载荷和润滑条件下表征复合膜的润滑性能,并通过X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外（FTIR）分析复合膜的形成方式和润滑机制。结果表明：复合膜的摩擦因数仅为无膜时的1/4,具有良好的润滑性能;复合膜在干摩擦、油润滑以及高速工作条件下,都保持了良好的润滑特性,但在水环境下复合润滑膜会发生局部溶解,润滑性能较差;复合膜的网络结构和聚合物的自润滑特性共同起到了优异的润滑作用。     

氨水挥发法制备氮掺杂TiO_2纳米管及表征

采用阳极氧化法在纯钛片表面制备了TiO_2纳米管,在随后的热处理过程中通过浓氨水受热挥发提供的氨气氛下进行掺氮,采用SEM、XRD、XPS对氮掺杂的TiO_2纳米管进行了表征,采用自制光催化污水处理装置研究了氮掺杂对TiO_2纳米管光催化性能的影响。结果表明:制得的TiO_2纳米管管径为80～90nm,壁厚为5～10nm;经400℃热处理后,未掺杂、氮掺杂TiO_2纳米管的晶型相同;氮掺杂使TiO_2纳米管的光催化性能提高了4.7%。     

纳米SiO2/聚丙烯酸酯复合膜抗静电性能研究

将表面进行分散处理粒径20nm的纳米SiO2与聚丙烯酸酯乳液经过球磨、流涎或涂刷制膜可得到抗静电复合膜,对纳米SiO2/聚丙烯酸酯复合膜的制备与性能进行了研究.结果表明当纳米SiO2的质量分数为25%时,复合膜的表面电阻率可达到108Ω·cm,为半透明膜;复合膜表面具有一定的亲水性,烘干后置于20～30℃、湿度60%～80%的空气中2～4h后,复合膜表面电阻率降低到了107Ω·cm.     

铋系纳米材料在润滑中的应用

绿色金属铋系纳米材料在满足润滑剂环保要求同时也显示了良好的摩擦学性能。综述了近年来纳米材料的制备方法以及铋系纳米材料在润滑油脂中的作用机制和应用进展,并指出了铋系纳米材料作为润滑油脂添加剂在摩擦学中的研究发展趋势。铋系纳米材料在润滑油脂中的作用机制为:铋系纳米有机物易于吸附在摩擦金属表面上,生成了一层有机复合膜;由于铋金属纳米粒子带有电荷而向表面移动,并沉积于摩擦表面形成非晶体或无定形膜,从而起到减摩抗磨作用。铋纳米粒子在润滑油中的分散性和稳定性问题是影响其在润滑中推广应用的主要因素,通过改进纳米粒子的制备工艺及研制和合成新的分散剂和稳定剂,可解决润滑油中纳米粒子在苛刻条件下的稳定性。     

动态错流过滤回收木质素时旋转附件压力仿真研究

木质素是制浆黑液中的大分子难降解物质,在动态错流过滤回收木质素的过程中,通过旋转附件叶片或圆盘的高剪切力来确保可持续的高通量,进而进行连续分离操作。对叶片式和圆盘式动态错流过滤回收木质素进行仿真研究,对过滤腔室内叶片和圆盘旋转时所受的压力进行比较,分析压力随径向距离的变化趋势。通过研究确认,旋转附件800 r/min时所受的压力明显大于300 r/min时所受的压力,叶片旋转时所受的压力明显大于圆盘旋转时所受的压力,随着径向距离的逐渐增大,旋转附件所受的压力也逐渐增大。     

碳纳米管/石墨烯-氧化铜复合粉体的制备及其光催化性能

采用喷雾干燥和煅烧的方法制备了碳纳米管/石墨烯-氧化铜(CNTs/rGO-CuO)复合粉体,对复合粉体进行了形貌观察和物相分析,讨论了分解温度、碳纳米管(CNTs)和氧化石墨烯(GO)的质量比、CNTs和GO的质量分数对复合粉体形貌和光催化性能的影响,并对制备工艺进行了优化。结果表明:当分解温度为210℃、CNTs与GO的质量比为1∶1、CNTs和GO的质量分数为10%时,制备的复合粉体性能最佳;CNTs与GO形成了一种球状结构,CuO颗粒均匀地分布在球体表面;在可见光照射20min后,该复合粉体对溶液中甲基橙(MO)的最大降解率能达到98.3%。     

Ti(C,N)基金属陶瓷在900～1150℃的氧化行为

为研究Ti(C,N)基金属陶瓷在高温条件下的可应用性,采用XRD、SEM、EDS等方法分析了该陶瓷在900～1 150℃的氧化行为及其机理。结果表明:在900～1 150℃范围内,陶瓷氧化程度随氧化温度的升高而显著增加,其质量增加曲线近似呈抛物线形;在900℃空气中氧化100 h后,陶瓷表面生成致密氧化膜(NiO+TiO_2),厚度小于10μm,对基体具有保护作用;而在1 150℃条件下,在致密层氧化膜(NiO+TiO_2)表面衍生出岛状疏松层(TiO_2),100 h后厚度达80μm,氧化膜逐渐失去保护作用。     

一种快速检测芳香聚酰胺复合膜表面纳米层重量的方法

以交联芳香聚酰胺作为分离皮层的反渗透复合膜因具有优越的分离性能和良好的化学稳定性而被广泛应用于脱盐和净水领域。聚酰胺功能皮层的结构和性质对反渗透膜的分离性能起关键作用,其质量和厚度是分离膜的重要表征参数。由于该功能层是在两层复合底膜上界面聚合生成的纳米尺度薄膜,其质量快速简便的表征存在技术难度。本实验结合石英晶体微天平(QCM)技术开发了傅里叶红外光谱衰减全反射(FTIR-ATR)方法,可以实现快速检测表面纳米薄膜层的质量,满足研发、生产和应用的快速检测需求。该方法也可扩展到其他类似结构的纳米薄膜的研究和质控应用中。     

磁控溅射MoS2/Ni复合膜的制备及其摩擦性能

采用磁控溅射法制备了MoS2/Ni复合膜,同时对影响膜层性能的工艺参数进行了初步探讨,并对复合膜进行了成分与结构分析以及摩擦试验.结果表明:在本试验工艺参数(本底真空度为7.0×10-4 Pa,沉积气压为0.5 Pa,溅射功率为160 W,溅射氩气流量为80 cm3/s,靶基距为60 mm,基片温度为70℃)下制备的MoS2/Ni复合膜能够大大降低不锈钢等基底表面的摩擦因数,并且在高速重载的条件下具有更低的摩擦因数和更小的摩擦因数波动值.     

利用XPS研究紫外光激发下GaAs晶片表面氧化反应

本文用XPS分析紫外光激发氧化反应后砷化镓表面的化学组成和氧化层厚度。发现,紫外光激发下,GaAs表面生成氧化膜,同时清除表面污染碳。氧化膜中的镓砷比可以与基体完全保持一致。用此方法获得具有一定的化学稳定性的,适合于器件制备的钝化层。发现紫外光激发的砷化镓表面氧化反应的实质是光催化反应。用“紫外光/臭氧处理法”处理的GaAs晶片,可使器件性能得到改善     

氧化石墨烯和纳米SiO2增强PTFE复合材料的摩擦磨损行为

为研究具有层状结构和球状结构的纳米填料之间的相互作用对聚四氟乙烯（PTFE）复合材料摩擦磨损行为的影响,采用冷冻干燥超声共混-冷压-热烧结法制备纳米二氧化硅（nano-SiO2）和氧化石墨烯（GO）填充改性PTFE复合材料。利用LSM-2R往复式摩擦磨损试验机测试干摩擦条件下nano-SiO2和GO复配改性PTFE复合材料的摩擦学性能,采用MicroXAM-800非接触式三维表面轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析表征转移膜形貌、元素分布和磨痕表面三维形貌,从微观层面揭示nano-SiO2和GO的减摩机制。结果表明：单独填充nano-SiO2与GO均可改善PTFE复合材料的摩擦学特性,其中在较低添加量下,GO在提高PTFE耐磨性方面明显优于nano-SiO2;GO和nano-SiO2复配填充时存在协同效应,与单一填充相比进一步改善了复合材料的摩擦学性能;相比于纯PTFE,3%nano-SiO2/0.5%GO/PTFE复合材料的磨损率降低60.36%。机制分析表明,协同作用和均匀连续转移膜的形成是nano-SiO2和GO增强PTFE复合材料性能优异的主要原因。     

铈掺杂二氧化钛纳米管的光催化性能

利用溶胶-凝胶法,以多孔有序阳极氧化铝膜为模板制备掺杂稀土铈的二氧化钛纳米管,用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪和比表面仪对其进行表征;并以甲基橙为降解物,对未掺杂的二氧化钛纳米粉、纳米管以及掺杂铈的二氧化钛纳米粉和纳米管进行了光催化降解性能研究,并对降解机理进行了分析.结果表明:适量的掺杂有利于提高二氧化钛纳米管的光催化性能,提高对甲基橙的降解率;掺杂存在一个最佳量,本试验条件下为铈与钛的摩尔数比值在2%时,掺杂的二氧化钛纳米管光催化性能优于掺杂的纳米粉,在光照150min后,甲基橙的降解率达80%以上.     

基于等压差水膜的柴油机尾气净化装置研究

开发设计了一款新型尾气颗粒物过滤净化装置,该装置利用颗粒物惯性作用和水膜吸附效应实现颗粒物与柴油机尾气的分离.通过分析计算得到形成湿润壁面连续水膜的条件.选择合适的波形板面,搭建柴油机尾气颗粒物检测系统.试验结果表明,设计的柴油机尾气颗粒净化装置可以起到很好地净化颗粒物的作用,尤其是在柴油机刚刚启动低速运转的情况下净化...     

光催化抗菌薄膜的制备与性能研究

采用溶胶-凝胶法,结合旋转涂膜法,制备了六种稀土掺杂光催化抗菌薄膜(Ce/TiO2,Pr/TiO2,Gd/TiO2,Dy/TiO2,Y/TiO2,Eu/TiO2),研究了影响薄膜光催化抗菌性能的因素,确定了最佳制备工艺条件.、除Ce掺杂TiO2薄膜含有极少量金红石型TiO2外,其余全部由单一锐钛矿型TiO2构成,薄膜表面均存在缺陷.RE/TiO2光催化抗菌薄膜对大肠杆菌平均杀菌率皆在90%以上,与纯TiO2的杀菌率34%相比有明显提高.稀土元素掺杂显著提高了光催化薄膜对可见光的响应.经反复使用和高温、高压、冲刷等处理,薄膜完整不脱落,始终有很高的杀菌率和稳定性.稀土掺杂TiO2具有良好的实用价值和应用前景.     

TiO_2纳米颗粒在单晶硅表面的吸附

为了实现亚纳米级超光滑表面的加工,建立了紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工系统,同时研究了加工过程中纳米颗粒与工件表面间的相互作用机理。首先,对实验所用锐钛矿TiO_2纳米颗粒及单晶硅工件表面进行表征测量。然后,用第一性原理的平面波赝势计算方法研究了纳米颗粒胶体射流加工中TiO_2分子团簇在单晶硅表面化学吸附的表面构型结构及其体系能量。最后,开展了TiO_2纳米颗粒及单晶硅工件表面间的吸附实验。实验结果表明:胶体中的OH基团在TiO_2团簇表面及单晶硅表面分别发生化学吸附,在TiO_2纳米颗粒及单晶硅表面吸附过程中形成了新的Ti-O-Si键及化学吸附的H_2O分子。红外光谱实验结果显示:TiO_2纳米颗粒与单晶硅界面间存在新生成的Ti-O-Si键。这种界面间的相互作用证实了紫外光诱导纳米颗粒胶体射流抛光过程可实现材料去除的化学作用机理。